專利名稱：太陽能電池的制作方法
技術領域：
本實用新型是有關于一種太陽能電池。
背景技術：
太陽能電池是一種能量轉換的光電元件(photovoltaic device)。典型太陽能電池的基本結構包括基板、射極(emitter)層、抗反射層以及兩個金屬電極等四個主要部分。簡言之，太陽能電池的工作原理是經由太陽光照射射極層，射極層把光的能量轉換成電能后，再經兩個金屬電極傳送出電能。一般而言，太陽能電池中的兩個金屬電極會分別設置在受光面和不受光面上，以供外界連線，其中不受光面一般視為背面，而受光面則視為正面。受光面的電極設計為提升太陽能電池效率的重要技術之一。簡言之，受光面的電極除了要能有效地收集載子，還要盡量減少電極遮蔽入射光的比例。因此，受光面的電極一般會設計成具有特殊圖案的結構，例如是從匯流電極(busbar)延伸出多條很細的指狀(finger)電極。然而，受光面的電極所能縮減的面積有限，且過度縮減受光面的電極所占的面積會導致因電阻的提高，而增加受光面的電極的電阻，造成能量的損耗。因此，背電極太陽能電池(Back-contact Solar cell)的結構設計成為近年來太陽能電池的重點技術之一。[0004]背電極太陽能電池(Back-contact Solar cell)為利用匯流電極的背面化,來減少受光面的電極遮蔽入射光的比例，進而提升太陽能電池效率。背電極太陽能電池主要分成三大類，分別為交指式(interdigitated)、射極穿透式(Emitter Wrap Through,EWT)及金屬穿透式(Metal Wrap Through, MWT)背電極太陽能電池。以金屬穿透式背電極太陽能電池為例，其通過基板中孔洞的設置，并以金屬填入此些孔洞，以將受光面所收集的電子導引至太陽能電池的背面。如此，受光面的匯流電極可由現有的線狀結構改變成點狀結構，進而提供指狀電極在分布以及電極圖案設計上更多的自由度。然而，現行技術雖有針對點狀匯流電極的分布的設計，但指狀電極的分布以及結構設計卻以外觀美化為主，因而無法有效減少載子于傳導時的能量耗損。
實用新型內容本實用新型提供一種太陽能電池，其可降低載子在傳導時的能量耗損。本實用新型提出一種太陽能電池，具有多個彼此鄰接的多邊形的受光單元。太陽能電池包括第一型半導體基板、第二型半導體層、第一電極層、抗反射層、第二電極層、多個導電插塞以及第三電極層。第一型半導體基板具有貫穿第一型半導體基板的多個第一貫孔。第二型半導體層位于第一型半導體基板上。第二型半導體層具有貫穿第二型半導體層的多個第二貫孔。各第二貫孔連接其中一個第一貫孔。第二貫孔定義出受光單元的頂點。第二型半導體層位于第一電極層與第一型半導體基板之間。第一電極層包括多個鏤空圖案。各鏤空圖案對應其中一個受光單元設置，且鏤空圖案的中心與受光單元的中心重疊，而鏤空圖案的頂點與受光單元的頂點連接。第一電極層與抗反射層位于第二型半導體層相同的一側，且抗反射層位于第一電極層以外的區域。第二電極層對應第一電極層設置，且第一型半導體基板位于第二電極層與第二型半導體層之間。導電插塞位于彼此連接的第一貫孔以及第二貫孔內，以使第二電極層與第一電極層電性連接。第三電極層與第二電極層位于第一型半導體基板相同的一側，且第三電極層與第二電極層電性絕緣。在本實用新型的一實施例中，前述的各鏤空圖案所圍的面積占對應的受光單元的面積5 %至50 %之間。在本實用新型的一實施例中，前述的各鏤空圖案是封閉式圖案。在本實用新型的一實施例中，前述的第一電極層還包括多個延伸圖案。延伸圖案分別從鏤空圖案的頂點延伸而出，并與受光單元的頂點連接。在本實用新型的一實施例中，前述的各鏤空圖案的形狀實質上與各受光單元的形狀相同。在本實用新型的一實施例中，前述的各鏤空圖案由多條弧線所構成，各弧線連接相鄰兩受光單元的頂點，且弧線所圍的面積占受光單元的面積5%至50%之間。在本實用新型的一實施例中，前述的各鏤空圖案的形狀為扇葉形或飛鏢形。在本實用新型的一實施例中，前述的各鏤空圖案具有位于受光單元的不同邊上的多個邊。在本實用新型的一實施例中，前述的第一型與第二型之一為P型，且第一型與第二型之另一為N型。在本實用新型的一實施例中，前述的太陽能電池還包括絕緣層，位于第一型半導體基板上，且至少位于第一型半導體基板與導電插塞之間以及第一型半導體基板與第二電極層之間。基于上述，本實用新型通過將鏤空圖案(指狀電極的圖案)的中心設置于遠離導電插塞(點狀匯流電極)的位置，以提升遠離導電插塞處的載子搜集效率，進而減少載子在傳導時的能量耗損，使太陽能電池的光電轉換效率得以提升。為讓本實用新型的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
圖1是本實用新型一實施例的太陽能電池的剖面示意圖；圖2A為本實用新型一實施例的太陽能電池的第一電極層的局部俯視示意圖；圖2B為本實用新型另一實施例的太陽能電池的第一電極層的局部俯視示意圖；圖3A、圖3B、圖4A、圖4B、圖5A及圖5B為本實用新型其他實施例的太陽能電池的第一電極層的俯視示意圖。附圖標記說明:100:太陽能電池；110:第一型半導體基板；120:第二型半導體層；130、130A、130B、130C、130D、130E、130F、130G、130H:第一電極層；140:抗反射層；[0028]150:第二電極層；160:導電插塞；170:第三電極層；180:絕緣層；10:主體區域；20A、20B:延伸區域；S1:受光面；S2:不受光面；Vl:第一貫孔；V2:第二貫孔；U1、U2:受光單元；P1A、P1B、PIC、P1D、PIE、P1F、PIG、PlH:鏤空圖案；P2:延伸圖案；CP、CU:中心。
具體實施方式
圖1是本實用新型一實施例的太陽能電池的剖面示意圖。請參照圖1，本實施例的太陽能電池100包括第一型半導體基板110、第二型半導體層120、第一電極層130、抗反射層140、第二電極層150、多個導電插塞160以及第三電極層170。第二型半導體層120位于第一型半導體基板110的受光面SI上。所述受光面SI為太陽能電池100吸收光子的表面。此外，所述第一型與第二型之一為P型，且第一型與第二型之另一為N型。在本實施例中，第一型例如為P型，而第二型例如為N型。進一步而言，第一型半導體基板110例如為P型硅基板，而第二型半導體層120例如為N型半導體層，所述半導體層的材質例如是硅及其合金、硫化鎘(CdS)、銅銦鎵二硒(CuInGaSe2，CIGS)、銅銦二硒(CuInSe2，CIS)、碲化鎘(CdTe)、有機材料或上述材料重疊的多層結構。所述娃包括單晶娃(single crystal silicon)、多晶娃(poly-crystalsilicon)、非晶娃(amorphoussilicon)。而上述娃合金是指娃中加入氫原子(H)、氟原子(F)、氯原子(Cl)、鍺原子(Ge)、氧原子(0)、碳原子(C)或氮原子(N)等原子。在一些實施例中，第一型半導體基板110的表面可通過形成鋸齒狀的織化(textured)表面，以提高太陽光的吸收，此技藝為本領域具有通常知識者所知悉，于此便不再贅述。此外，第一型半導體基板110具有貫穿第一型半導體基板110的多個第一貫孔Vl，而第二型半導體層120具有貫穿第二型半導體層120的多個第二貫孔V2。各第二貫孔V2連接其中一個第一貫孔VI。在本實施例中，第一貫孔Vl的直徑以及第二貫孔V2的直徑實質上相同。第一電極層130位于第二型半導體層120上，且第二型半導體層120位于第一電極層130與第一型半導體基板110之間。換言之，第一電極層130通過第二型半導體層120而與第一型半導體基板110電性連接。第一電極層130的材質例如是鋁導電膠、鋁膠或銀-鋁膠。抗反射層140位于第二型半導體層120上，且抗反射層140與第一電極層130位于第二型半導體層120相同的一側，并位于第一電極層130以外的區域。抗反射層140的材質例如是氮氧化硅、氮化硅或其他合適的材質。第二電極層150對應第一電極層130設置,且第二電極層150與第一電極層130分別位于第一型半導體基板110的受光面SI與不受光面S2上，其中受光面SI與不受光面S2為第一型半導體基板110相對的兩表面。進一步而言，第一型半導體基板110位于第二電極層150與第二型半導體層120之間。此外，第二電極層150可采用與第一電極層130相似的材質。簡言之，第二電極層150的材質例如是鋁導電膠、鋁膠或銀-鋁膠。導電插塞160位于彼此連接的第一貫孔Vl以及第二貫孔V2內，以使第二電極層150與第一電極層130電性連接。第三電極層170位于第一型半導體基板110上，且與第二電極層150位于第一型半導體基板110相同的一側。此外，第三電極層170與第二電極層150電性絕緣。另外，本實施例的太陽能電池100可進一步包括絕緣層180位于第一型半導體基板110上，且至少位于第一型半導體基板110與導電插塞160之間以及第一型半導體基板110與第二電極層150之間。進一步而言，通過絕緣層180的設置，可避免導電插塞160以及第二電極層150與第一型半導體基板110直接接觸所造成的短路問題。需說明的是，上述實施方式僅用以舉例說明，而本實用新型并不限于此。具體而言，本實用新型不限定第二電極層150與第三電極層170的相對配置位置、第二電極層150或第三電極層170的電極圖案、導電插塞160的形狀或直徑、第一型半導體基板110的表面是否為織化表面等。舉例而言，在其他實施例中，第三電極層170可為整面的電極，并全面性覆蓋于第一型半導體基板110的不受光面S2上，且第三電極層170可具有第三貫孔，其中導電插塞160通過第三貫孔而電性連接第二電極層150與第一電極層130。以下將針對圖1的第一電極層130的電極圖案設計及其分布進行更詳細的說明。圖2A為本實用新型一實施例的太陽能電池的第一電極層的局部俯視示意圖。請參照圖2A，本實施例的太陽能電池具有多個彼此鄰接的多邊形的受光單元U1，其中第二貫孔V2(即導電插塞160所在位置)定義出此些受光單元Ul的頂點。詳言之，第一電極層130A包括多個鏤空圖案P1A，其中各鏤空圖案PlA例如是封閉式圖案，意即各鏤空圖案PlA為連續而無斷開的圖案，但本實用新型不限于此。本領域具有通常知識者可視實際需求而對鏤空圖案PlA進行改良。此外，各鏤空圖案PlA對應其中一個受光單元Ul設置，其中各鏤空圖案PlA所圍的面積占對應的受光單元Ul的面積5%至50%之間。具體而言，鏤空圖案PlA的中心Cp與受光單元Ul的中心Cu重疊。此處所述中心是指圖案中與各個頂點等距的位置。另外，鏤空圖案PlA的頂點與受光單元Ul的頂點連接。在本實施例中，第一電極層130A還包括多個延伸圖案P2，且鏤空圖案PlA的頂點例如是通過各個延伸圖案P2而與受光單元Ul的頂點連接。具體而言，延伸圖案P2分別從鏤空圖案PlA的頂點延伸而出，并與受光單元Ul的頂點連接。進一步而言，本實施例的受光單元Ul的形狀例如是三角形，其中，一個導電插塞160與相鄰的六個鏤空圖案PlA連接。此外，各鏤空圖案PlA的形狀實質上與各受光單元Ul的形狀相同。換言之，本實施例的各鏤空圖案PlA的形狀也為三角形。另外，鏤空圖案PlA的三個邊分別平行于受光單元Ul的三個邊，而各對平行的邊鄰近彼此設置。[0058]本實施例將多邊形的鏤空圖案PlA的中心設置于遠離導電插塞160的位置。如此，在太陽能電池接收光子后，遠離導電插塞160處的第一型半導體基板110 (如圖1所示)所產生的載子往第一電極層130A移動所需的距離可被有效地縮減，且整體的載子收集面積也可被提升。因此，本實施例可有效地提升遠離導電插塞160處的載子的搜集效率，并減少載子于傳導時的能量耗損，使太陽能電池的光電轉換效率得以提升。需說明的是，圖2A實施例雖以三角形的受光單元Ul以及三角形的鏤空圖案PlA作為舉例說明，但本實用新型不限于此。在其他實施例中，受光單元的形狀可與鏤空圖案的形狀不相同，又或者受光單元與鏤空圖案的形狀可以相同，但不為三角形。圖2B為本實用新型另一實施例的太陽能電池的第一電極層的局部俯視示意圖。請參照圖2B，本實施例的第一電極層130B與圖2A的第一電極層130A具有相似的結構。兩者主要差異在于，第一電極層130B的電極圖案設計及其分布。具體而言，本實施例的受光單元U2與鏤空圖案PlB的形狀為四邊形，且一個導電插塞160與相鄰的四個鏤空圖案PlB連接。圖2B的實施例也可通過將多邊形的鏤空圖案PlB的中心設置于遠離導電插塞160的位置，使太陽能電池接收光子后，遠離導電插塞160處的第一型半導體基板110(如圖1所示)所產生的載子往第一電極層130B移動所需的距離被有效地縮減，且整體的載子收集面積也被提升。如此，本實施例可有效地提升遠離導電插塞160處的載子的搜集效率，并減少載子于傳導時的能量耗損，使太陽能電池的光電轉換效率得以提升。圖2A及圖2B實施例中的鏤空圖案P1A、PlB的頂點是通過各個延伸圖案P2而與受光單元U1、U2的頂點連接。但本實用新型不限于此。以下將以圖3A、圖3B、圖4A、圖4B、圖5A及圖5B說明第一電極層的其他實施態樣。圖3A、圖3B、圖4A、圖4B、圖5A及圖5B為本實用新型其他實施例的太陽能電池的第一電極層的俯視示意圖。請參照圖3A及圖3B，第一電極層130C、130D與第一電極層130A、130B具有相似的結構。主要差異在于，第一電極層130C、130D的各鏤空圖案P1C、P1D由多條弧線所構成，各弧線直接連接相鄰兩受光單元Ul、U2的頂點，且弧線所圍的面積占受光單元的面積5%至50%之間。進一步而言，位于各受光單元Ul、U2內的弧線向受光單元Ul、U2內凹陷。請參照圖4A及圖4B，第一電極層130E、130F與第一電極層130A、130B具有相似的結構。主要差異在于，第一電極層130EU30F的各鏤空圖案P1E、P1F的形狀為扇葉形。進一步而言，各鏤空圖案P1E、P1F的形狀可劃分成一主體區域10以及多個延伸區域20A，其中各鏤空圖案PIE、PlF環繞主體區域10以及延伸區域20A的外輪廓分布。在圖4A及圖4B的實施例中，延伸區域20A的數量與受光單元Ul、U2的邊的數量相同，但本實用新型不以此為限。此外，延伸區域20A由主體區域10延伸至受光單元Ul、U2的邊界，而使得各鏤空圖案PIE、PlF具有位于受光單元Ul、U2的不同邊上的多個邊。在圖4A及圖4B的實施例中，主體區域10的形狀例如是與受光單元Ul、U2的形狀實質上相同，且主體區域10的多個邊分別平行于受光單元Ul、U2的多個邊，而各對平行的邊鄰近彼此設置。另一方面，圖4A及圖4B實施例的各延伸區域20A的形狀例如是平行四邊形，其中各延伸區域20A的平行的一對短邊一邊位于主體區域10的部分邊上，而另一邊位于受光單元Ul、U2的部分邊上，并與導電插塞160連接。[0066]當然，本實用新型并限于上述。請參照圖5A及圖5B，第一電極層130GU30H與第一電極層130E、130F具有相似的結構。主要差異在于，第一電極層130G、130H的各鏤空圖案P1G、P1H的形狀為飛鏢形。具體而言,各延伸區域20B的形狀例如是箭頭形。進一步而言，各延伸區域20B具有一凸出的垂直邊角以及一凹陷的垂直邊角，其中凹陷的垂直邊角位于主體區域10的鄰接的兩邊上，而凸出的垂直邊角位于受光單元Ul、U2的鄰接的兩邊上，并與導電插塞160連接。需說明的是，前述圖3A、圖3B、圖4A、圖4B、圖5A及圖5B僅用以說明本實用新型的第一電極層130C、130D、130E、130F、130G、130H的實施態樣，而不用以限定本實用新型。雖然前述實施例僅以三角形及四邊形的受光單元U1、U2舉例說明，然而，在其他實施例中，受光單元也可為其他的多邊形，在此便不再贅述。圖3A、圖3B、圖4A、圖4B、圖5A及圖5B的實施例也可通過將多邊形的鏤空圖案P1C、P1D、P1E、P1F、P1G、P1H的中心設置于遠離導電插塞160的位置。如此，在太陽能電池接收光子后，遠離導電插塞160處的第一型半導體基板110 (如圖1所示)所產生的載子往第一電極層130C、130D、130E、130F、130G、130H所需移動的距離可被有效地縮減，且整體的載子收集面積也可被提升。因此，上述的實施例可有效地提升遠離導電插塞160處的載子的搜集效率，并減少載子于傳導時的能量耗損，使太陽能電池的光電轉換效率得以提升。綜上所述，本實用新型可通過將多邊形的鏤空圖案的中心設置于遠離導電插塞的位置，以縮減遠離導電插塞處的載子所需移動的距離，并提升載子的收集面積。如此，可有效提升遠離導電插塞處的載子的搜集效率，并減少載子于傳導時的能量耗損，使太陽能電池的光電轉換效率得以提升。最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。
權利要求1.一種太陽能電池，其特征在于，具有多個彼此鄰接的多邊形的受光單元，該太陽能電池包括: 一第一型半導體基板，具有多個第一貫孔，貫穿該第一型半導體基板； 一第二型半導體層，位于該第一型半導體基板上，該第二型半導體層具有多個第二貫孔，貫穿該第二型半導體層，且各該第二貫孔連接其中一個第一貫孔，該些第二貫孔定義出該些受光單元的頂點； 一第一電極層，其中該第二型半導體層位于該第一電極層與該第一型半導體基板之間，第一電極層包括多個鏤空圖案，各該鏤空圖案對應其中一個受光單元設置，且該鏤空圖案的中心與該受光單元的中心重疊，而該鏤空圖案的頂點與該受光單元的頂點連接； 一抗反射層，與該第一電極層位于該第二型半導體層相同的一側，且該抗反射層位于該第一電極層以外的區域； 一第二電極層，對應該第一電極層設置，其中該第一型半導體基板位于該第二電極層與該第二型半導體層之間； 多個導電插塞，位于該些彼此連接的第一貫孔以及第二貫孔內，以使該第二電極層與該第一電極層電性連接；以及 一第三電極層，與該第二電極層位于該第一型半導體基板相同的一側，且該第三電極層與該第二電極層電性絕緣。
2.根據權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，各該鏤空圖案所圍的面積占該對應的受光單元的面積5%至50%之間。
3.根據權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，各該鏤空圖案是封閉式圖案。
4.根據權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，該第一電極層還包括多個延伸圖案，該些延伸圖案分別從該些鏤空圖案的頂點延伸而出，并與該些受光單元的頂點連接。
5.根據權利要求3所述的太陽能電池，其特征在于，各該鏤空圖案的形狀實質上與各該受光單元的形狀相同。
6.根據權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，各該鏤空圖案由多條弧線所構成，各該弧線連接相鄰兩受光單元的頂點，且該些弧線所圍的面積占該受光單元的面積5%至50%之間。
7.根據權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，各該鏤空圖案的形狀為扇葉形或飛鏢形。
8.根據權利要求7所述的太陽能電池，其特征在于，各該鏤空圖案具有位于該受光單元的不同邊上的多個邊。
9.根據權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，該第一型與該第二型之一為P型，且該第一型與該第二型之另一為N型。
10.根據權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，還包括: 一絕緣層，位于該第一型半導體基板上，且至少位于該第一型半導體基板與該導電插塞之間以及該第一型半導體基板與該第二電極層之間。
專利摘要本實用新型提供一種太陽能電池，具有多個彼此鄰接的多邊形的受光單元。太陽能電池包括第一型半導體基板、第二型半導體層、第一電極層、抗反射層、第二電極層、多個導電插塞以及第三電極層。第一型半導體基板具有貫穿第一型半導體基板的多個第一貫孔。第二型半導體層具有貫穿第二型半導體層的多個第二貫孔。各第二貫孔連接其中一個第一貫孔。第二貫孔定義出受光單元的頂點。第一電極層包括多個鏤空圖案。各鏤空圖案對應其中一個受光單元設置，鏤空圖案的中心與受光單元的中心重疊，且鏤空圖案的頂點與受光單元的頂點連接。
文檔編號H01L31/0224GK203071092SQ20122068921
公開日2013年7月17日 申請日期2012年12月13日 優先權日2012年8月28日
發明者李朝湖, 盧韋至 申請人:聯景光電股份有限公司